Геофизическое исследование скважин: справочник мастера по промысловой геофизике

БИБЛИОТЕКА НЕФТЕГАЗОДОБЫТЧИКА И ЕГО ПОДРЯДЧИКОВ (SERVICE)





                ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН




    справочник мастера по промысловой геофизике











Инфра-Инженерия
Москва

2009

УДК 550.83
ББК 26.2
     Г36



Рецензенты:
   д-р техн. наук, член-корр. Международной Академии Информатизации, лауреат премий СМ СССР, им.Н.К.Байбакова, ОАО «Газпром», заслуженный работник нефтяной и газовой промышленности, почетный работник газовой промышленности, председатель Совета директоров ОАО «Тверьгеофизика» Ш .К.ГЕРГЕДАВА; канд. техн. наук, вице-президент, главный геолог геофизической сервисной компании «ПетроАльянс Сервисис Компани Лимитед» В.П.СТЕНИН.




ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СКВАЖИН: справочник мастера по промысловой геофизике/ под общ. ред. В.Г.МАР-ТЫНОВА, Н.Е.ЛАЗУТКИНОЙ, М.С.ХОХЛОВОЙ. .- М.: Инфраинженерия, 2009. - 960 С.

   ISBN 978-5-9729-0022-0

   Описаны физические основы, области применения и аппаратура для электрических, радиометрических, акустических, гидродинамических, геолого-технологических и других методов исследования нефтяных и газовых скважин. Рассмотрены способы и правила выполнения измерений, основы метрологического, петрофизического и интерпретационного обеспечения геофизических методов исследования скважин. Показана высокая информативность геофизических исследований в открытом стволе и обсаженных скважинах при решении геологических и технологических задач, контроле разработки нефтяных, газовых месторождений и подземных хранилищ газа. Впервые рассмотрены вопросы технико-экономических расчетов на проведение ГИС.
   Способствуя устранению дефицита профессиональной литературы, справочник является путеводителем по современной методологии и применениям скважинных геофизических и гидродинамических методов для специалистов нефтегазового профиля смежных специальностей и заказчиков геофизических услуг.
   Издание предназначено также специалистам, повышающим свою квалификацию, и студентам, обучающимся по направлениям 553600 «Нефтегазовое дело», 130300 «Прикладная геология», 130200 «Технологии геологической разведки».



© Коллектив авторов, 2009
                      © Издательство «Инфра-Инженерия», 2009


ISBN 978-5-9729-0022-0

            Коллектив авторов

Н.Н.Богданович, к.г.-м.н. доц. (компания «ПетроАльянс Серви-сис Компани Лимитед»);
А.С.Десяткин, к.т.н. (ООО «Газпром геофизика»);
В.М.Добрынин, д.г.-м.н. проф.(РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина);
Г.М.Золоева, д.г.-м.н. проф.(РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина);
А.И.Ипатов, д.т.н. проф. (ООО «ГАЗПРОМНЕФТЬ- НТЦ»);
К.В.Коваленко, к.т.н.(РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина);
Д.А.Кожевников, д.ф.-м.н. проф.(РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина); М.И.Кременецкий, д.т.н. проф. (ООО «ГАЗПРОМНЕФТЬ-НТЦ»); В.И.Кристя, к.г.-м.н. доц. (компания «ПетроАльянс Сервисис Компани Лимитед»);
В.В.  Кульчицкий, д.т.н. проф.(РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина);
Н.Е.Лазуткина, к.т.н. (РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина);
В.Г.Мартынов, д.т.н. проф.(РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина);
А.Н.Малев, к.т.н. (ООО «Газпром геофизика»);
В.Д.Неретин, д.т.н. проф.(РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина);
В.В.  Стрельченко, д.т.н. проф. (РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина);
М.С.Хохлова, к.г.-м.н. (РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина);
В.Г.Цейтлин, к.ф.-м.н. (Центр метрологии и сертификации ООО «Газпром геофизика»);
В.Н.Черноглазов, к.г.-м.н. доц. (РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина).

БИБЛИОТЕКА НЕФТЕГАЗОДОБЫТЧИКА И ЕГО ПОДРЯДЧИКОВ (SERVICE)




           От редакции

   Научные открытия ХХ века в изучении структуры и состава материи явились основой геофизических методов дистанционного (телеметрического) изучения горных пород в скважинах при поисках, разведке и разработке минерально-сырьевых и энергетических ресурсов. Применительно к изучению разрезов нефтяных и газовых скважин эти исследования называют промысловой геофизикой. Для обозначения процедуры геофизических исследований в скважинах (ГИС) используется термин «каротаж» (франц. сагоНаде от la carotte — буровой керн или буквально -«морковь»).
   Сущность любого метода ГИС состоит в измерении вдоль ствола скважины некоторой величины, характеризующей одно или совокупность физических свойств горных пород. Геофизика использует все, известные человечеству, физические поля (электрическое, электромагнитное, ядерных излучений, гравитационное, механических напряжений, тепловое), достижения фундаментальных наук (физики, химии, математики), электроники, микропроцессорной техники, а также компьютерные и геоинформационные технологии. Геофизические методы в зависимости от физических свойств пород, на которых они основываются, делятся на электрические, ядерно-физические, термические, акустические, гидродинамические, геохимические, механические, магнитные и др. Соответствующие законы отражают физическую природу используемых методов и количественно выражаются дифференциальными и интегро-дифференциальными уравнениями математической физики. Это обусловливает высокую наукоемкость геофизической информации.
   Количественная информация о составе и свойствах горных пород, пересеченных скважинами, воспринимается и передается в процессе каротажа из скважинного прибора на поверхность по каналу связи на вход вычислительной интерпретирующей системы и документируется с помощью геофизических информационно-измерительных систем в виде каротажных диаграмм соответствующих массиву цифровых данных. Диаграмма - кривая, отображающая изменение с глубиной по дискретным точкам через фиксированный промежуток времени

4

ОТ РЕДАКЦИИ

(«шаг квантования») амплитуды сигнала (показания). Она отображается в цифровой и графической формах. Геофизические информационно-измерительные системы (ИИС) представляют собой аппаратурно-методические комплексы, включающие в себя скважинные приборы с датчиками (сенсорами) физических полей, каналы связи и методики интерпретации данных (лат. Interpretati=o - толкование, разъяснение) вместе с соответствующим техническим, метрологическим и программно-алгоритмическим обеспечением.
   Геолого-технологические условия проведения скважинных геофизических измерений не соответствуют однородной и безграничной среде. Измерения выполняются в системе скважина-пласт, которая представляет собой несколько зон, различных по размерам в радиальном направлении (для вертикальной скважины), образующихся при бурении и последующей обсадке скважины. При бурении фильтрат бурового раствора оттесняет пластовый флюид вглубь пласта-коллектора и образует зону проникновения фильтрата бурового раствора в пласт. Зона, соответствующая состоянию пласта в естественном залегании (удаленная от стенки скважины), называется «неизмененной частью пласта». Зона проникновения фильтрата бурового раствора в пласт отличается по физическим характеристикам от неизмененной части пласта. Также различаются по своим свойствам обсадная колонна и цементный камень. Ниже представлена общая схема информационных зон в радиальном направлении от оси обсаженной скважины вглубь пласта.


I

II III
IV
V

- внутрискважинное пространство, заполненное одно-или многофазным флюидом
- обсадная колонна
- пространство между колонной и породой (цементный камень)
- горная порода - зона проникновения
- горная порода - незатронутая проникновением часть пласта

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ЗОНЫ в системе скважина-пласт

5

БИБЛИОТЕКА НЕФТЕГАЗОДОБЫТЧИКА И ЕГО ПОДРЯДЧИКОВ (SERVICE)

   Зоны I-IV, называемые «промежуточными», в совокупности с неизмененной частью пласта (зона V) составляют систему скважина-пласт. Они влияют на показания методов ГИС, искажая их по сравнению с результатами измерений в моделях однородных сред. Эти искажения необходимо учитывать при интерпретации данных ГИС.
   Методы ГИС обладают различной разрешающей способностью как по вертикали, так и в радиальном направлении и, соответственно, различной чувствительностью (глубинностью исследования в радиальном направлении) к свойствам промежуточных зон системы скважина-пласт, и неизмененной части пласта. Это обстоятельство отражено в классификации методов ГИС. Представленная классификация, разделяя методы ГИС по физическим основам, одновременно отражает глубинность исследования каждого метода в радиальном направлении от оси скважины. Глубинность исследования в совокупности с физическими основами метода определяет извлекаемую информацию, а соответственно, и область применения, решаемые задачи и ограничения метода.



Таблица 1

Классификация методов ГИС

Методы ГИС                                               Информационные зоны     
                                                         I     II   III   IV  V 
Методы электрического сопротивления                                        *    
- зонды кажущегося сопротивления (КС)                                      *   *
- боковое электрическое зондирование (БЭЗ)                                 *   *
- метод экранированного заземления (СЭЗ)                                        
Электромагнитные методы                                                         
- индукционный (ИМ)                                                     *    *  
- волновой диэлектрический (ВДМ)                                        *    *  
- высокочастотное изопараметрическое каротажное                         *    *  
индукционное зондирование (ВИКИЗ)                                       *    *  
- ядерно-магнитный (ЯММ)                                                        
Электрохимические методы                                                     *  
- собственных потенциалов (СП)                                               *  
- вызванных потенциалов (ВП)                                                    
Гамма методы                                                                 *  
- естественной радиоактивности интегральный (ГМ)                             *  
- естественной радиоактивности спектрометрический (ГМ-С)                   *    
- гамма-гамма плотностной (ГГМ-п)                                          *    
- гамма-гамма селективный (ГГМ-с)                                          *    
- гамма-гамма цементометрия (ГГМ-ц)                                        *    
- гамма-гамма дефектометрия                                           *         
- гамма-гамма толщинометрия обсадных колонн                     *     *         

6

ОТ РЕДАКЦИИ

Продолжение табл. 1

                     Методы ГИС                       Информационные зоны     
                                                      I     II   III   IV   V
Стационарные нейтронные методы                                               
- нейтронный гамма (НГМ)                                             *       
- нейтрон-нейтронный по тепловым нейтронам (ННМт)                    *       
- нейтрон-нейтронный по надтепловым нейтронам (ННМнт)                *       
- нейтронный гамма-спектрометрический (НГМ-С)                        *       
Импульсные нейтронные методы                                                 
- импульсный нейтронный гамма (ИНГМ)                                 *       
- импульсный нейтрон-нейтронный по тепловым нейтронам                *       
- импульсный нейтронный гамма-спектрометрический                     *       
                (ИНГМ-С, С/О каротаж)                                        
Акустические методы                                                *    *    
- на преломленных волнах:                                          *    *    
ультразвуковой акустический (АК)                                             
волновой акустический (ВАК)                                                  
акустический цементомер (АК-ц)                                               
- на отраженных волнах:                                                   *  
вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП)                            *  
акустический телевизор (АК-сканер)                                           
акустический каверномер                                                      
- пассивные акустические:                                                    
акустическая шумометрия                               *      *               
виброакустический каротаж                             *      *               
Термические методы                                                           
- естественного теплового поля (геотермия)                                   
- искусственного теплового поля (термометрия)         *            *      *  
Прямые методы изучения свойств горных пород                                  
- испытание пластов (ИПТ)                                                   *
- отбор образцов пород керноотборником                                    *  
- гидродинамический каротаж                                               *  
Методы изучения технического состояния скважин        *                   *  
- кавернометрия (ДС)                                  *                   *  
- профилеметрия                                                              
- инклинометрия                                                              
- пластовая наклонометрия                                          *         
- трубная профилеметрия                                        *             
- гамма-гамма цементометрия (ГГМ-ц)                            *             
- акустический цементомер (АК-ц)                                             
- гамма-гамма дефектометрия                                  *               
- гамма-гамма толщинометрия обсадных колонн                  *               
- электромагнитная локация муфт                              *               
- электромагнитный прихватоопределитель                      *               
Геолого-технологические исследования (ГТИ)            *                      
- бурового раствора:                                  *                      
плотностиметрия                                       *                      
резистивиметрия                                                              
- газометрия в процессе бурения                                             *
- люминесцентный анализ шлама                                               *
- ИК-спектрометрия                                                           
- характеристик режима бурения:                                              
детальный механический каротаж (ДМК)                         *               
виброакустический каротаж                                    *               

7

БИБЛИОТЕКА НЕФТЕГАЗОДОБЫТЧИКА И ЕГО ПОДРЯДЧИКОВ (SERVICE)

Окончание табл. 1

Методы ГИС                                     Иформационные зоны     
                                               I    II   III   IV   V
Геохимические методы                                                 
- газометрия:                                                        
в процессе бурения                             *                     
после бурения                                                       *
- люминесцентный анализ шлама                                       *
Прострелочно-взрывные работы в скважинах (ПВР)                       
- перфорация                                         *               
- торпедирование                               *     *     *         
- установка пакеров                            *           *         
Геофизические исследования в эксплуатационных                        
скважинах                                                            
- расходометрия:                                                     
механическая                                                         
термокондуктивная                              *                     
- влагометрия                                  *                     
- барометрия                                   *                     
- гидродинамические исследования               *                *   *
Прогноз продуктивности разреза в                                    *
невскрытом бурением пространстве (ПГР)                               
Радиоиндикаторные методы                                        *    
Специсследования ГИС                                            *   *
- ГИС-воздействие-ГИС                                           *    

© Проф.Д.А.Кожевников, проф.В.Г.Мартынов, проф. В.Д.Неретин, проф. В.В.Стрельченко.
РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина, кафедра Геофизических информационных систем, 2005.

   Методы ГИС используются для решения геологических, гео-технологических и геоэкологических задач.
   Интенсивное развитие промысловой геофизики способствовало созданию нового научного направления в науках о Земле - науки о физических свойствах горных пород, закономерностях их изменений по глубине и простиранию, и связях между ними - петрофизики. Петрофизика явилась научной основой для количественной геологической интерпретации геофизических данных. Решаемые методами ГИС геологические задачи отличаются большим разнообразием:
   -   литолого-стратиграфическое расчленение разреза и выделение коллекторов;
   -   количественная оценка фильтрационно-емкостных свойств (ФЕС) и компонентного (минералогического) состава пород;
   -   выявление продуктивных коллекторов, оценка геологических и извлекаемых запасов (определение эффективных

8

ОТ РЕДАКЦИИ

толщин, газожидкостных и водонефтяных контактов и прослеживание их динамики; оценка величин насыщения; выделение заводненных интервалов, в том числе со специфическими вытесняющими агентами);
   -   геохронная и литологическая корреляция разрезов, динамическое моделирование залежи и месторождений;
   -   составление проектов разработки месторождений;
   -   промыслово-геофизический контроль разработки месторождений нефти и газа;
   -   составление проектов сооружения и эксплуатации подземных хранилищ газа (ПХГ) и их мониторинг.
   На завершающей стадии разработки анализ коллекторских свойств необходим для:
   -   разукрупнения объектов (разделения неоднородных пластов по разрезу);
   -   определения оптимального давления нагнетания;
   -   оптимизации расстояний между нагнетательными и добывающими скважинами.
   К геотехнологическим задачам ГИС, в первую очередь, относятся задачи контроля разработки нефтяных и газовых месторождений («ГИС-контроль»). Задачи ГИС-контроля можно разделить на группы:
   -    контроль выработки и обводнения продуктивных коллекторов;
   -   гидродинамические исследования эксплуатационных характеристик продуктивных коллекторов;
   -   определение межпластовых перетоков газа;
   -   изучение технического состояния скважин.
   При контроле выработки и обводнения коллекторов решаются следующие основные задачи:
   -   определение текущего положения межфлюидальных и газожидкостных контактов (водонефтяного - ВНК, газонефтяного - ГНК, газоводяного - ГВК);
   -   определение интервалов обводнения нефтяных пластов солеными (пластовыми) или пресными (нагнетаемыми) водами;
   -   определение текущей нефтегазонасыщенности и степени выработки коллекторов.
   К геоэкологическим задачам ГИС относятся:
   -    определение технического состояния разведочных, эксплуатационных, наблюдательных, пьезометрических и нагнетательных скважин;

9

БИБЛИОТЕКА НЕФТЕГАЗОДОБЫТЧИКА И ЕГО ПОДРЯДЧИКОВ (SERVICE)

   -   выявление путей подземной миграции грунтовых и сточных вод;
   -   мониторинг загрязнения подземных вод;
   -   мониторинг утечек газа из подземных хранилищ;
   -   выявление и прогноз мест прорыва захороненных стоков и минерализованных вод в пресные водоносные горизонты;
   -   поиск пластов-экранов для захоронения токсичных промышленных отходов;
   -   оконтуривание и ревизия блоков пород, пригодных для создания подземных резервуаров;
   -   контроль радиоактивного загрязнения обсадных колонн, бурового и эксплуатационного оборудования и др.
   В табл. 2 приведен перечень задач, решаемых посредством промыслово-геофизических и гидродинамических исследований в нефтегазовых скважинах. Задачи разбиты по ключевым этапам жизни месторождения (разведка, разработка) и соответствующим технологическим критериям (открытый и обсаженный ствол скважины). В отдельную группу выделены методы изучения технического состояния скважин. Следует иметь в виду, что некоторые задачи разведки месторождений сохраняются также и на этапе контроля разработки, но при этом для их решения привлекаются другие методы ГИС (табл. 1). Наряду с этим, сходные по физической природе геофизические методы, могут привлекаться для решения разнородных задач.
   В последние годы увеличились глубины скважин, значительно усложнились условия их проходки, возникла необходимость изменения ориентации скважин в пространстве. Это потребовало создания новых высокопроизводительных приборов и аппаратуры. Разработаны комплексные системы геофизических скважинных приборов, рассчитанные на высокие давления и температуры, цифровые компьютеризированные станции, автономные скважинные приборы для исследования в процессе бурения и при контроле разработки месторождений. Одним из новых направлений в промысловой геофизике явилось создание информационно- измерительных систем для исследования наклонно направленных скважин.
   Значительно расширилась сфера промыслово-геофизических услуг. В настоящее время она включает не только изучение геологического разреза скважин, но и контроль процессов строительства и эксплуатации скважин, в том числе при

10